프로스타글란딘

프로스타글란딘(prostaglandin; PG)은 20개의 탄소로 이루어진 아이코사노이드라고 불리는 생리활성 지질(lipid) 그룹 화합물이며, 동물의 거의 모든 조직에 존재하고 호르몬과 유사한 다양한 효과를 나타낸다. 세포 내에 존재하는 지방산인 아라키돈산의 효소 반응에 의해 생성된다.¹⁾

목차

모든 프로스타글란딘은 사이클로펜테인(cyclopentane)을 기본 골격으로 총 20개의 탄소 원자로 구성되어 있는 화합물이다. 프로스타글란딘은 일반적으로 PGX_nα 로 표기(n과 alpha는 아래첨자)하는데, 각각의 의미는 아래와 같다:

PG: 프로스타글란딘,

X: 사이클로펜테인의 작용기를 표시함,

n: 곁가지의 이중 결합 개수를 표시함,

α: C9 하이드록시기의 입체화학 표시.

프로스타글란딘

PGD₂, PGE₂, PGI₂(분자식 C₂₀H₃₂O₅, 분자량 352.47 g/mol) 또는 PGE₁과 PGF_2α(분자식 C₂₀H₃₄O₅, 분자량 352.47 g/mol). 사이클로펜테인을 중심으로 4개의 치환체가 존재한다.

따라서 사이클로펜테인 골격에 카이랄 탄소(chiral carbon)가 3개 또는 4개 존재한다. 아이코사노이드(eicosanoid)와 지방산 유도체인 프로스타노이드(prostanoid) 부류에 속한다.

아라키돈산(arachidonic acid)

분자식 C₂₀H₃₂O₂, 분자량 304.47 g/mol인 다중 불포화 오메가-6(ω-6) 지방산이다. IUPAC 명명법에서는 카복실산이 1번을 차지한다. 지방산 명명시에는 오메가(omega; ω)도 사용하는데, 카복실산을 중심으로 말단 탄소를 오메가-1(ω-1)이라고 부른다. 오메가-6는 말단으로부터 6번째 탄소에 이중 결합이 존재한다는 뜻이다. 20: 4(ω-6) 또는 20: 4(5,8,11,14)로도 표시한다. 20: 4(ω-6)는 탄소 20개, 이중 결합 4개, 마지막 탄소로부터 6번째 탄소에 이중 결합이 있다는 뜻이다. 20: 4(5,8,11,14)는 탄소 20개, 이중 결합 4개의 위치는 5,8,11,14번 탄소에 있다는 뜻이다.²⁾

아이코사노이드(eicosanoid)

아라키돈산 또는 기타 다중 불포화 지방산(PUFA; polyunsaturated fatty acid)의 효소 또는 비효소 반응을 통한 산화에 의해 생성된 신호 분자이다. 아라키돈산과 마찬가지로 탄소 20개로 이루어졌으며, 산소의 숫자는 1~4개 더 많다. 프로스타글란딘, 트롬복세인(thromboxane), 루코트라이엔(leukotriene), 리폭신(lipoxin), 레졸빈(resolvin), 에옥신(eoxin) 등이 있다.³⁾ 어원은 탄소 20개인 탄화수소를 아이코세인(icosane 또는 eicosane; C₂₀H₄₂)이라고 부르는데, 여기서 '아이코스-' 접두사는 탄소 20개를 뜻한다.

프로스타글란딘 D₂(PGD₂)

분자식 C₂₀H₃₂O₅, 분자량 352.47 g/mol인 뇌와 비만 세포(mast cell)에서 주로 생산되는 프로스타글란딘이며, 수용체는 PTGDR(DP₁)와 CRTH2 (DP₂)이다.⁴⁾

프로스타글란딘 E₁(PGE₁)

분자식 C₂₀H₃₄O₅, 분자량 354.49 g/mol이며 알프로스타딜(alprostadil)이라고도 부른다. 신생아의 선천성 심장 결함 수술 시 동맥관 확장을 위해서 사용된다.⁵⁾

프로스타글란딘 E₂

분자식 C₂₀H₃₂O₅, 분자량 352.47 g/mol이다. 프로스타글란딘 E1과 비교하면 카복실산 탄화수소 사슬에 Z 이중 결합이 하나 더 있다. 수용체로는 EP₁, Ep₂, EP₃가 있다. 분만 유도제와 임신 중절용으로 사용되며, 디노프로스톤(dinoprostone)이라고도 부른다.⁶⁾

프로스타글란딘 F_2α

분자식 C₂₀H₃₄O₅, 분자량 354.49 g/mol이다. 사이클로펜테인 골격에 두 개의 하이드록시 작용기가 있는 화합물이며, 수용체는 프로스타글란딘 F 수용체(FP)이다. 프로스타글란딘 E₂가 환원 효소에 의해 환원되면 프로스타글란딘 F_2α가 생합성된다. 포유류의 자궁에서 생성되며, 분만 유도제 또는 낙태 유도제로도 사용된다. 카보프로스트(carboprost)라고도 부른다.⁷⁾

프로스타사이클린(prostacyclin)

분자식 C₂₀H₃₂O₅, 분자량 352.47 g/mol이다. 사이클로펜테인에 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)이 융합되어, 프로스타글란딘 중 유일하게 이고리(bicyclic) 중심 골격을 가지고 있다. 카복실산을 포함하는 탄화수소 사슬이 사이클로펜테인 골격의 하이드록시기와 고리화된 화합물이다. PGI₂ 또는 에포프로스테놀(epoprostenol)이라고도 부른다.⁸⁾

프로스타글란딘이라는 이름은 전립선(prostate gland)에서 유래되었다. 1935년 스웨덴의 생리학자인 울프 오일러(Ulf von Euler; 1905-1983; 1970년 노벨 생리 의학상 수상)와 아일랜드-영국 생리학자인 모리스 골드블랏(Maurice Walter Goldblatt; 1895-1967)에 의해 각각 프로스타글란딘을 처음으로 정액에서 분리하였다.

처음에 프로스타글란딘은 전립선 분비물의 일부로 여겨졌지만, 결국에는 정낭에서 생성되는 것으로 밝혀졌다. 나중에 다른 많은 조직에서도 프로스타글란딘이 분비되는 것으로 확인되었다.

1982년 노벨 생리 의학상은 프로스타글란딘에 대한 연구에 대한 공로로 영국 생리학자 존 베인 경(Sir John Vane; 1927-2004), 스웨덴 생화학자 수네 버그스트룀(Sune K. Bergström; 1916-2004)과 벵트 사무엘슨(Bengt I. Samuelsson; 1934- )에게 공동 수여되었다.

1971년에는 아스피린 같은 약물이 프로스타글란딘 생합성을 억제할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

프로스타글란딘 명명 시 사용하는 문자는 고리 구조의 유형을 나타나며, 숫자는 탄화수소 사슬의 이중 결합 수를 나타낸다. 예를 들어, PGE1 또는 PGE_1, PGI2 또는 PGI₂등과 같이 표시한다.

1969년 하버드대의 미국 유기화학자 코리(Elias J. Corey; 1928- ; 1990년 노벨 화학상 수상) 교수에 의해 프로스타글란딘 E₂와 F_2α의 첫 합성이 완성되었다.⁹⁾

프로스타글란딘이 결합하는 수용체(receptor)가 어떤 것이냐에 따라 생리학적 역할이 달라진다. 프로스타글란딘은 특정 부위에 작용하는 강력한 혈관 확장제이며, 혈관 확장을 통해 염증에도 관여한다. 혈소판 응집을 억제하여 혈전 형성을 방지하고 평활근 조직의 수축을 조절하는 생리적 기능이 있다. 프로스타글란딘은 처음에는 높은 친유성(lipophilicity) 때문에 수동 확산(passive diffusion)을 통해 세포에서 배출되는 것으로 여겨졌으나, 세포 흡수를 매개하는 프로스타글란딘 수송체(prostaglandin transporter, PGT, SLCO2A1)의 발견은 프로스타글란딘의 세포막 통과에는 확산 이외의 또 다른 작용기전이 존재한다는 것을 암시한다.

현재 다양한 세포 유형에 대해 프로스타글란딘 수용체가 10개 알려져 있다. 프로스타글란딘이 일련의 세포에 작용하여 수용체의 다양성을 통해 다음과 같은 다양한 효과를 갖는다:

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6.
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9. Total Synthesis of Prostaglandins F_2α and E₂ as the Naturally Occurring Forms. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 2, 397–398.